Už zo samotného pojmu „atmosférický tlak“vyplýva, že vzduch musí mať váhu, inak by nemohol na nič vyvíjať tlak. Ale to si nevšimneme, zdá sa nám, že vzduch je beztiažový. Predtým, ako hovoríme o atmosférickom tlaku, musíte dokázať, že vzduch má váhu, musíte ho nejako zvážiť. Ako to spraviť? Hmotnosť vzduchu a atmosférický tlak podrobne zvážime v článku a študujeme ich pomocou experimentov.
Skúsenosť
Zvážime vzduch v sklenenej nádobe. Do nádoby sa dostáva cez gumenú hadičku v hrdle. Ventil uzatvára hadicu, aby do nej nevnikol vzduch. Vzduch z nádoby odstránime pomocou vákuovej pumpy. Zaujímavé je, že ako postupuje čerpanie, zvuk čerpadla sa mení. Čím menej vzduchu zostane v banke, tým tichší chod čerpadla. Čím dlhšie odčerpávame vzduch, tým nižší je tlak v nádobe.
Keď je všetok vzduch odstránený,zatvorte kohútik, zovrete hadicu, aby ste zablokovali prívod vzduchu. Odvážte banku bez vzduchu a potom otvorte kohútik. Vzduch vstúpi s charakteristickým hvizdom a jeho hmotnosť sa pripočíta k hmotnosti banky.
Na váhu najskôr položte prázdnu nádobu s uzavretým kohútikom. Vo vnútri nádoby je vákuum, poďme ju odvážiť. Otvorme kohútik, vzduch pôjde dovnútra a znova odvážme obsah banky. Rozdiel medzi hmotnosťou naplnenej a prázdnej banky bude hmotnosť vzduchu. Je to jednoduché.
Hmotnosť vzduchu a atmosférický tlak
Teraz prejdime k riešeniu ďalšieho problému. Na výpočet hustoty vzduchu je potrebné rozdeliť jeho hmotnosť objemom. Objem banky je známy, pretože je označený na boku banky. ρ=mvzduch /V. Musím povedať, že na získanie takzvaného vysokého vákua, teda úplnej absencie vzduchu v nádobe, potrebujete veľa času. Ak má banka objem 1,2 l, je to asi pol hodiny.
Zistili sme, že vzduch má hmotnosť. Zem ju ťahá, a preto na ňu pôsobí gravitačná sila. Vzduch tlačí na zem silou rovnajúcou sa hmotnosti vzduchu. Atmosférický tlak teda existuje. Prejavuje sa to rôznymi pokusmi. Urobme jedno z týchto.
Experiment so striekačkou
Vezmite prázdnu injekčnú striekačku, ku ktorej je pripojená flexibilná hadička. Spustite piest striekačky a ponorte hadicu do nádoby s vodou. Potiahnite piest nahor a voda začne stúpať cez hadičku a naplní injekčnú striekačku. Prečo voda, ktorá je ťahaná dole gravitáciou, stále stúpa za piestom?
V cieve je ovplyvnená zhora nadolAtmosférický tlak. Označme to Patm. Podľa Pascalovho zákona sa tlak, ktorým pôsobí atmosféra na povrch kvapaliny, prenáša nezmenený. Rozširuje sa do všetkých bodov, čo znamená, že vo vnútri trubice je tiež atmosférický tlak a v striekačke nad vrstvou vody je vákuum (bezvzduchový priestor), t.j. P \u003d 0. Ukazuje sa teda, že atmosférický tlak tlačí na vodu zospodu, ale nad piestom nie je žiadny tlak, pretože je tam prázdnota. V dôsledku rozdielu tlaku sa voda dostane do injekčnej striekačky.
Experiment s ortuťou
Hmotnosť vzduchu a barometrický tlak – aké veľké sú? Možno je to niečo, čo možno zanedbať? Koniec koncov, jeden meter kubický železa má hmotnosť 7600 kg a jeden meter kubický vzduchu - iba 1,3 kg. Aby sme to pochopili, upravme experiment, ktorý sme práve vykonali. Namiesto injekčnej striekačky vezmite fľašu uzavretú korkom s hadičkou. Pripojte hadičku k pumpe a začnite pumpovať vzduch.
Na rozdiel od predchádzajúcej skúsenosti vytvárame podtlak nie pod piestom, ale v celom objeme fľaše. Vypnite čerpadlo a súčasne spustite hadičku fľaše do nádoby s vodou. Uvidíme, ako voda naplnila fľašu cez hadičku len za pár sekúnd s charakteristickým zvukom. Vysoká rýchlosť, s akou „vtrhla“do fľaše, naznačuje, že atmosférický tlak je pomerne veľká hodnota. Skúsenosti to potvrdzujú.
Po prvýkrát zmeral atmosférický tlak, hmotnosť vzduchu taliansky vedec Torricelli. Mal takú skúsenosť. Vzal som sklenenú trubicu dlhú niečo vyše 1 m, na jednom konci zapečatenú. Naplnili ju ortuťou až po okraj. PoPotom vzal nádobu s ortuťou, prstom stisol jej otvorený koniec, trubicu otočil a ponoril do nádoby. Ak by neexistoval atmosférický tlak, všetka ortuť by sa vyliala, ale nestalo sa tak. Čiastočne sa vylial, hladina ortuti sa ustálila vo výške 760 mm.
Stalo sa to preto, lebo atmosféra tlačila na ortuť v nádobe. Z tohto dôvodu v našich predchádzajúcich experimentoch bola voda vháňaná do trubice, a preto voda nasledovala striekačku. Ale v týchto dvoch experimentoch sme vzali vodu, ktorej hustota je nízka. Ortuť má vysokú hustotu, takže atmosférický tlak dokázal ortuť zdvihnúť, nie však úplne hore, ale len o 760 mm.
Podľa Pascalovho zákona sa tlak vyvíjaný na ortuť prenáša do všetkých jej bodov nezmenený. To znamená, že vo vnútri trubice je tiež atmosférický tlak. Ale na druhej strane je tento tlak vyvážený tlakom stĺpca kvapaliny. Označme výšku ortuťového stĺpca ako h. Dá sa povedať, že atmosférický tlak pôsobí zdola nahor a hydrostatický tlak pôsobí zhora nadol. Zvyšných 240 mm je prázdnych. Mimochodom, toto vákuum sa tiež nazýva Torricelliho prázdnota.
Vzorec a výpočty
Atmosférický tlak Patm sa rovná hydrostatickému tlaku a vypočíta sa podľa vzorca ρptgh. ρrt=13600 kg/m3. g=9,8 N/kg. h=0,76 m. Patm=101,3 kPa. Ide o pomerne veľké množstvo. List papiera položený na stole vytvára tlak 1 Pa a atmosférický tlak je 100 000 pascalov. Ukazuje sa, že musíte dať100 000 listov papiera jeden na druhý, aby sa vytvoril taký tlak. Zaujímavé, však? Atmosférický tlak a hmotnosť vzduchu sú veľmi vysoké, takže voda bola počas experimentu tlačená do fľaše takou silou.
